absicht - IUP - Bremen

Absichtserklärung zur Einreichung des Vorschlages
CIWSIR
als Antwort auf den Aufruf des DLR zur Einreichung von Vorschlägen für eine nationale
Erderkundungsmission
Juni 2003
1. Titel: CIWSIR – Cloud Ice Water Sub-millimetre Imaging Radiometer
2.
Verantwortlicher Projektleiter:
Dr. Georg Heygster, Akademischer Direktor, IUP
3. Ausführende Einrichtungen:
a. Leitung und Wissenschaft:
Institut für Umweltphysik (IUP), Universität Bremen,
Otto-Hahn-Allee 1, 28334 Bremen,
Tel. 0421 218-3910, Fax –4555, email [email protected]
b. Sensor : RPG Radiometer Physics GmbH, 53340 Meckenheim
c. System, Plattform und Start : OHB-System AG, 28359 Bremen und weitere deutsche
Firmen
d. Betrieb und Auswertung : DLR-GSOC, IUP
4. Internationale Partner (W=Wissenschaftler, C=Co-Finanzierer, N=Nutzer)
Core Science Team:
Dr. P. Eriksson, Chalmers University, Schweden (W, N)
Dr. F. Evans, University of Colorado, USA (W, N)
Dr. A. Gasiewski, NOAA/ETL, Bolder, USA (W, C)
Prof. Dr. N. Kämpfer, Universität Bern, Schweiz (W, N)
Prof. Dr. J. Miao, Beihang University, Peking, China (W, N)
Dr. J. Urban, Universite de Bordeaux, Frankreich (W, N)
5 weitere nationale Mitglieder
Science Team:
Dr. A. Baran, The Met. Office, UK (W, N)
Dr. B. Bizzarri, Alenia Aerospazio, Italien (W, C)
Dr. E. Cuevas, Observatorio Atmospherico de Izana, Spanien (W, N)
Dr. M. Desbois, Laboratoire de Meteorologie Dynamique (LMD), Frankreich (W, N)
Dr. John Edwards, Hadley Centre for Climate Prediction and Research, UK (W, N)
Dr. M. Gil, INTA, Spanien (W, N)
Dr. N. Gustafsson, SMHI, Schweden (W, N)
Prof. Esko Kyrö, FMI, Finnland (W, N)
Dr. W. Lahoz, Data Assimilation Research Centre, UK (W, N)
Dr. David Lary, Cambridge University, UK (W, N)
Dr. Bernard Legras, LMD, Frankreich (W, N)
Dr. Z. Litynska, Ponischer Wetterdienst, Polen (W, N)
Dr. J. Ovarlez, LMD, Frankreich (W, N)
Prof. Dr. T. Slingo, University of Reading, UK (W, N)
Dr. P. Taalas, FMI Finnland (W, N)
Dr. P. van Velthoven, KNMI, Niederlande (W, N)
11 weitere nationale Mitglieder
5. Kurzbeschreibung
Cirren oder Eiswolken spielen eine wichtige Rollen im globalen Klimasystem. Sie befinden sich in
großer Höhe, absorbieren langwellige Strahlung von unten und strahlen nur wenig im Infraroten, weil
sie kalt sind. Dieser Treibhauseffekt führt zu einer allgemeinen Erwärmung des Klimasystems.
Andererseits reflektieren Cirren die solare kurzwellige Einstrahlung, kühlen also die Oberfläche. Die
Bilanz beider Effekte ist von entscheidender Bedeutung für das Klimasystem, hängt aber wesentlich
von der horizontalen Ausdehnung, der vertikalen Position und den Verteilungen von Größe und Form
der Eisteilchen, welche die optische Dicke der Wolke beeinflussen, ab. Deshalb ist die Kenntnis der
spezifischen Eigenschaften der Cirren entscheidend zur Abschätzung ihrer Strahlungsbilanz.
Darüberhinaus beeinflussen Cirren den Stahlungshaushalt der Erde durch die Freisetzung latenter
Wärme beim Wachstum ihrer Eiskristalle und können das Entstehen von Niederschlag in niedrigeren
Wolken durch den seeder-feeder-Mechanismus verstärken.
Die Bedeutung von Wolken für Wetter und Klimaprozesse ist in zahlreichen Studien zur Beobachtung
und Modellierung erkannt worden (z.B. Liu 1992) und wird besonders im dritten IPCC-Report betont.
Jedoch ist unsere Kenntnis der Eigenschaften von Cirren im Hinblick auf das Klima und numerische
Atmosphärenmodelle noch ungenügend. So wird der mittlere Bedeckungsgrad mit Cirren in den USA
je nach Autor und Sensor zwischen 20 und 70% angegeben (Wylie 1998). Voraussetzung für eine
Klimatologie von Cirreneigenschaften einschließlich ihrer langfristigen Änderungen sind globale
Beobachtungen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Am dringendsten werden hierfür die
vertikal integrierte Eismasse und charakteristischen Teilchengrößen und -formen benötigt. Dies
erfordert Satellitenbeobachtungen mit Sensoren in geeigneten Frequenzbereichen.
In
numerischen
Wettervorhersageund
Klimamodellen
wird
der
Einfluss
von
wolkenmikrophysikalischen Prozessen und Strahlungsprozessen durch ausgefeilte Parametrisierungen
dargestellt. Jedoch ist insbesondere die Modellierung der Mikrophysik der Eisphase noch mit vielen
ungelösten Problemen behaftet. Neuere Studien wie etwa von Wilson (2000) mit dem Modell des Met
Office (UK) zeigen, dass der zonal gemittelte Gehalt an Flüssigwasser und Eis sehr stark von der
gewählten Parametrisierung abhängt. Zur Beurteilung solcher Ergebnisse werden wiederum räumlich
und zeitlich dichte Messungen der Wolkeneigenschaften dringend benötigt. Satellitenbeobachtungen
im sichtbaren und Infraroten können zwar genutzt werden, um Cirren zu detektieren und sowohl die
Höhe der Oberkante als auch ihre optische Dicke zu bestimmen, jedoch ist die Bestimmung von
Parametern über das Wolkeninnere auf dünne Cirren beschränkt weil sie sonst in diesem
Frequenzbereich undurchsichtig sind. Instrumente, die in dem bislang wenig genutzten
Spektralbereich der Sub-Millimeterwellen, also mit Frequenzen zwischen 300 und 1000 GHz,
arbeiten, können jedoch Aufschluss über den Aufbau von Cirren liefern.
Im Sub-Millimeterbereich ist die vom Sensor beobachtete Herabsetzung der Helligkeitstemperatur
über einen weiten Bereich proportional zum Eisgehalt in der Gesamtsäule der oberen Troposphäre.
Die Proportionalitätskonstante hängt bei fester Frequenz von Größe und Form der Eisteilchen ab, und
Messungen bei verschiedenen Frequenzen können dazu genutzt werden, die Mehrdeutigkeiten
weitgehend auszuräumen. Diese Technik nutzt die vorgeschlagenen Mission CIWSIR. Ein
Mikrowellenradiometer misst in konischer Abtastung die thermische Emission der Atmosphäre im
Frequenzbereich von etwa 180 bis 900 GHz. Primäre Datenprodukte werden der Gesamteisgehalt der
oberen Troposphäre, die charakteristische Größe der Teilchen und eine Schätzung ihrer Form sein. Die
quasipolare Umlaufbahn ermöglicht nahezu tägliche globale Abdeckung. Diese Datenprodukte sind
die elementarsten und deshalb am dringendsten benötigten Cirrenparameter, und sie können mit keiner
anderen bekannten Methode in vergleichbar vollständiger geographischer und zeitlicher Abdeckung
gemessen werden.
CIWSIR ist eine klar fokussierte und dringend benötigte Mission, um unser Wissen über das Eis in der
Atmosphäre zu verbessern. CIWSIR nutzt Sensortechnologie, die heute verfügbar ist. Die CIWSIR
Mission wird von einer breiten Gemeinschaft von Wissenschaftlern und Institutionen aus den Gebieten
Atmosphärenphysik, Meteorologie und Klimatologie unterstützt.